原创 直流电源的输出阻抗特性——电源技术和应用（20）

 高性能的反馈电路， 有助于帮助直流电源的性能接近于理想的状态， 也就是说，当电源工作再恒压模式下时，其输出阻抗应该是0； 而在恒流模式下时，其输出阻抗应该是无穷大。 但电源内部导线器件上存在着固有阻抗，这就要依赖于这个反馈电路， 赋予电源这种理想的特性。 这也是为什么电源的负载调整率是电源最重要的指标之一，需要进行100% 测量。

      如果没有反馈电路的调整，一个的典型直流电源阻抗通常是1到几个欧姆，  我们用Zout（Open loop）来代表这时的输出阻抗。 由于没有反馈电路，由于输出阻抗比较高，我们是不会得到高指标的负载调整率。 然而，当反馈控制放大器提供负反馈， 来修正由于负载引起的输出变化， 其输出阻抗将会发生改变， 我们可以用Zout(closed loop) 代表此时的阻抗值。对于电源恒压模式下输出的阻抗： 

Z_out (closed loop) = Z_out (open loop) / (1+T)

回路增益 T 是大约等于运算放大器增益乘以电压分压器网络的衰减。 在实际的反馈控制系统中， 放大器的增益相当大，在 DC附近， 可以高达 90 dB。 这可以把DC和低频输出阻抗降到毫欧级，甚至更低， 提供接近理想的负载调整性能。 实际反馈控制系统中的另一个因素， 就是随着输出频率的增加，为了保持输出稳定，就需要使用连续闭环控制增益的方法。 因此，在更高的输出频率下，直流电源恒压模式下工作时， 闭环的增益会下降， 而电源的输出阻抗会增加， 逐渐接近于无反馈电路时的阻抗。 如图一所示的安捷伦 6643A 直流电源输出阻抗随输出频率的变化。

图 1： 安捷伦 6643A 35V，6A 系统直流电源输出阻抗

从上图看出，在恒定工作模式下，6643A 直流电源在 100 Hz 输出频率是， 只是约 1 毫欧姆。 但随着频率的上升，闭环增益下降， 输出阻抗也在发生明显的变化。

在图 1 中， 我们也可以看到， 电源在恒流模式下的反馈控制。 虽然电源在恒压模式下，可以非常接近理想的零输出阻抗； 但在恒流模式下，要让输出阻抗达到理想的无穷大，显然是不现实的。 在 6643A 直流电源的恒流模式下， 输出频率在100Hz之内时，输出阻抗 大约在 10 欧姆， 并随着频率的增加， 阻抗下降。 然而，对于 6643A，随着输出频率的变化，恒流控制回路增益并没有太大的变化，这是因为输出滤波电容也支配着输出阻抗。 因此， 6643A 作为恒流源使用时，同样具备出色的输出电流负载调整率。

充分了解直流电源的输出阻抗，可以帮助我们精确地实现一些高级的测试。例如我们用直流电源模拟电源的纹波， 来测试电路板对纹波的抑制能力。这时，就需要电源在恒压模式下，能够输出一个直流偏置， 并在这个偏置电压上叠加几十到几百赫兹的纹波。在这种情况下，就必须对电源的输出阻抗有所了解，以确保输出电压的精度。